白腐真菌发酵在饲料工业中的应用_聂国兴
河南畜牧兽医
!""#年$第!%卷&第’期
农作物秸秆是我国主要的粗饲料!资源非常丰富"但是由于营养价值低#适口性差等原因!在饲料工业中的利用率很低!不足总量的’%()!"(!从而造成大量氮素和有效能量的损失!而且因秸秆不能有效被利用带来的环境问题也日益突出"
秸秆青贮是将发酵工程运用于饲料工业的典范!但是青贮工艺受季节因素的限制!不能广泛开展"在利用生物发酵技术处理秸秆方面!研究人员多利用一些微型真菌$如黑曲霉#绿色木酶#变异青酶#根酶等%#细菌以及酵母菌等处理秸秆!但是它们在降解秸秆木质素的同时!也消耗了秸秆中的营养成分!降低了秸秆作为饲料原料的营养价值"近年来!科研人员用白腐真菌对植物秸秆进行发酵处理!效果明显优于上述菌种"
’白腐真菌处理木质素的机理’*’
木质素的结构特点
木质素的结构形式因植物种类不同而有很大变化"
现已知道&木质素基本上是一种高分子苯基+丙烷衍生物的复杂聚合物!由松柏醇和芥子醇等结构单元通过,+,和,+-+,这两种共价键聚合而成!同时木质素还可以与细胞壁多聚糖组分之间以酯键结合"这些结构单元的多样性以及木质素结合形式的复杂性决定了木质素具有很强的机械强度"由于木质素与半纤维素#纤维素之间相互混杂和交联!使得原可以被瘤胃微生物降解的纤维素及其他可消化营养素也难以被降解"因此降解木质素#破坏其结构单元之间连接的各种共价键!对于提高农作物秸杆的营养价值具有重要意义"
’*!白腐真菌的生物学属性
白腐真菌属于真菌门担子菌纲!也有少数属于子囊
菌纲中能形成籽实体的大型子囊菌"包括桦多孔菌#小齿薄耙齿菌#柳小平伞#榆黄磨#漏斗状侧耳#弓状多孔菌#粉状侧孢酶#拟革盖菌#云芝#深褐色刺革菌#晚生侧耳等
!""多个品系"目前国外研究较多的是白腐真菌中的典
型菌种./012345602725638949:43;<=$黄孢原毛平革菌%等"我国目前担子菌纲用于发酵的菌种较少!主要是子囊菌纲的小齿薄耙齿菌#柳小平伞及榆黄磨"
’*>白腐真菌降解木质素的机理
白腐真菌对木质素的降解很大程度上是一种氧化
过程"在适宜的条件下!白腐真菌的菌丝首先用其分泌的超纤维氧化酶溶解秸秆表面的蜡质!然后菌丝进入秸秆内部并分泌释放能降解木质素的酶系"目前已知该酶系主要有胞外过氧化物酶$木质素过氧化酶#锰过氧化酶%和漆酶以及能产生过氧化氢的葡萄糖氧化酶"木质素过氧化酶和锰过氧化酶是两种依赖于?!-!的木质素降解
酶"?!-!能够催化不同类型木质素复合物的氧化过程"在分子氧存在的条件下!葡萄糖氧化酶催化相应的底物产生?!-!"而在?!-!存在时!木质素过氧化酶#锰过氧化酶和漆酶这三种酶协同作用于连接木质素结构单元之间的酯键和醚键"首先使木质素分解成为单个的结构单元!在此基础上!进一步催化苯丙烯醇之间的,!+,"键成为两分子苯丙烯醇!最后苯丙烯醇断键降解为小分子化合物!完成木质素的降解"秸秆经白腐真菌降解后!不仅破坏了秸秆中难以消化的细胞壁结构!使与木质素交连在一起的纤维素和半纤维素游离出来!而且使秸秆细胞内的可利用营养物质也暴露出来!这样就增加了细胞壁及内容物与消化液的接触机会!使秸秆的消化率提高!较好的白腐真菌能使秸秆的消化率提高>%()#"("
!影响白腐真菌处理秸秆效果的因素!*’
白腐真菌菌种
据报道!目前已知的白腐真菌已有!""多种!不同菌
种对秸秆处理效果有很大差异"?037;@首先发现有些白腐真菌能选择性地降解木质素"A/01562772等$’BC#%研究表明!白腐真菌降解细胞壁存在两种明显不同的方式&即非选择性降解细胞壁和选择性降解半纤维素和木质素"结果显示!利用不同白腐真菌处理秸秆!其对木质素#半纤维素的降解处理前后秸秆干物质的损失以及处理前后秸秆干物质消化率变化等均有显著不同$D@49;1等!
’BC%’E0F30/;/等!’BC%’G<1@等!’BB!’H<901G0/0等!’BBI %"研究人员经过近二十年的筛选!目前已找到二十
多种能选择性降解木质素#半纤维素$同时对纤维素#可溶性碳水化合物降解较少%且干物质损失率低的菌种"孟庆翔等$’BCC %研究发现!同一白腐真菌对不同底物$小麦秸#稻草和玉米秸%木质素#半纤维素降解也明显不同"
!*!温度!水分含量!通风状况及酸碱度
温度高低影响白腐真菌固体发酵的时间和秸秆木质
素的降解率!同时!不同的菌种适宜生长的温度也不尽相同"E0F30J;/等$’BC%%报道!大多数白腐真菌生长的最适温度为!"K)>%K !适宜:?值为#*")%*"$L2;F 等!’BC%%!而据.*5603894:3;<=报道!白腐真菌的最适:?为>*"$M;1@6等!’BB"%"就水分含量和通风状况而言!往往相互影响"若处理秸秆的水分含量过低!就会使菌丝生长受到抑制!而含水量过高则导致通风不良!影响-!的通入!而且发酵过程中产生的,-!和热量得不到及时散失!对菌丝的生长不利"丁佐龙$’BBI %的研究结果表明!由于白腐真菌对木质素的降解很大程度上是一种氧化过程!在培养黄孢原毛平革菌时!充氧是产生木质素过氧化酶的必要条件!否则不产生酶或产酶很少"所以!在保持秸秆含
白腐真菌发酵在饲料工业中的应用
聂国兴!肖国兵
$河南师范大学生命科学学院!河南新乡
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饲草饲料
中图分类号"MC’N*N 文献标识码"A 文章编号"’""#+%"B"$!""#&"’+"">>+"!
饲草饲料
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河南畜牧兽医
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种草养畜已成为近年来农村产业结构调整的热门话题!农民要靠发展畜牧养殖业增收致富"只有大力发展种植优质牧草"以草代粮"有效地降低饲料成本"畜牧养殖业才能稳步向前发展!农民朋友要种植牧草"面对名目繁多的牧草供种广告宣传"究竟什么牧草适合于自己种植"怎样种植牧草"牧草种植后什么时候刈割饲用"种草如何与养畜配套等一系列问题犹豫不定!为帮助农民朋友对种草养畜有一个科学的认识"促进种草养畜健康发展"笔者结合近年来农民种草养畜的经验"谈谈种草养畜应把握的六大要点!
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选择优良牧草种植!避免引进劣质草种
农民种植牧
草是要种植那些对环境条件有较强的适应性"营养价值高"产量高"且经过人工培育的优良饲用牧草"而不是种
植那些在自然状态下自生自灭的野生杂草!一般来说"野生杂草营养价值低#产量低#适口性差!农民在引种种植牧草时"不仅要考虑牧草对当地气候#土壤等环境条件的适应性"还要考虑其牧草的品质和丰产性!只有引进真正的优良牧草品种"并采用科学的栽培技术和田间管理"才能生产出高产优质的牧草"真正使种草养畜取得良好的经济效益!因此"农民选购牧草种子"最好到专业牧草种子经营单位购买"并详细了解牧草品种介绍#栽培技术以及病虫害防治"并索要正规购种发票!同时要注意分辨品种介绍是否客观存在"是否有虚假成分"是否有改头换名等炒种苗头"有必要时可先行试种"待证实牧草品种优良后再行大面积推广!目前"农民选购牧草应特别注意防止引进劣质野草"如不然"不仅会导致牧草产量低#品质差"
种草养畜应把握六大环节
夏季
$襄樊市襄阳区畜牧局"湖北襄樊
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水量适宜的条件下"充足的氧气供应对真菌的生长及处理秸秆的效果至关重要!()*+,-).)$’/01%指出"固体发酵秸秆的总水分应控制在1%234%2!除了上述影响因素外"白腐真菌在开始生长时还需要基质处于无菌环境!
5白腐真菌处理秸秆引起营养成分的变化
$见表%6)78)9+:等进行了大量白腐真菌处理秸秆的
研究试验"结果表明&被研究的!""多种白腐真菌处理秸秆表现出较强的种间变异"培养发酵的条件不同"处理秸秆的效果也不同!但是经筛选和选育的优良菌种"在适宜
环境条件下"固体发酵能明显地改善秸秆的营养价值!
由表可见"经上述五种白腐真菌处理的秸秆"碳水化合物发生选择性降解#"231"2"纤维素和半纤维素降解!"23#"2"#0小时活体内瘤胃干物质消化率$;<=>=%可以由处理前#"2左右升高到%"231"2!同时秸秆的粗蛋白也从5?42升高到#?"23%?"2@并且经白腐真菌重加工后"大部分的低质非蛋白氮$ABA %转化为较高质量的菌体蛋白"蛋白质品质$主要指氨基酸%也得到较大幅度的改进$C+DE 等"’//!%!更引起研究人员极大兴趣的是"经白腐真菌处理的秸秆不仅营养成分有极大的提高"而且其酸度由处理前的FG 1?%34?"降到FG #?"左右"呈水果香味"同时由于大部分的木质素被降解"秸秆质地柔软"适口性明显改善!
#白腐真菌的局限性及应用前景
白腐真菌虽然是饲料工业降解木质素最有效的微生
物"但由于在培养时受许多外部条件的影响"目前大多数研究还仅限于实验室小范围的发酵处理!而且"在自然状态下"白腐真菌的定植缓慢"很难形成优势种群"定植后降解周期十分漫长!这是该菌种用于发酵秸秆并进入产业化的最大障碍!
从秸秆处理的发展趋势来看"由于白腐真菌处理秸秆具有大幅度提高秸秆瘤胃干物质的消化率#耗能小#成本低#无污染#对家畜基本无危害等特点"随着研究的深入和技术的进步"白腐真菌将被广泛地运用于处理低质农作物秸秆"使其变成适合动物摄食的能量饲料"促进养殖业的发展!
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中性洗涤纤维4’?4%0?110?#4’?!4"?’4"?#酸性洗涤纤维%1?’#4?#%#?%%1?"%%?"%#?/纤维素#1?!#’?/#/?##0?4#1?##1?%半纤维素’%?%’’?!’5?/’%?!’%?’’%?#木质素0?0%?%%?/4?#0?10?’粗蛋白
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干物质损失率"#5?%’!?"!#?"!#?%!!?"纤维素损失率"#0?4%?/
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表
小麦秸秆经白腐真菌5"天固体发酵后化学成分及营养价值的变化
注"!’"HI #对照$=J #=)M7):M)NOM8P+Q)$GH #GM8+P+R
OS P:)TE8U+7M,$BK #BEM:+QO,:M)V+D)TO,$;L #;QUQUTO,)QR 7M8,UQ:+$;=#;QUQUTO,78.UFE+:O,
!!"以上数值除FG 外#其余均表示百分数$;<=>=#
#0小时活体内瘤胃干物质消化率
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饲草饲料
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